发动机冷却液硅酸盐稳定剂的开发

1、word格式论文发动机冷却液硅酸盐稳定剂的开发发动机冷却液硅酸盐稳定剂的开发编者按：硅酸盐作为铝和铝合金的特效腐蚀抑制剂在国内外主要 发动机冷却液产品中被广泛使用，目前硅酸盐型发动机冷却液产品在 中国品牌发动机冷却液市场占有 70%U上的份额。但是硅酸盐的不稳 定将造成发动机冷却液的性能大幅度下降，不能满足国标发动机冷 却液对铝合金防护的要求。在我国，硅酸盐稳定性问题长期困扰着 发动机冷却液的开发，因而其稳定性问题已成为急待解决的关键技术 难题。一、前言硅酸盐是铝和铝合金的特效腐蚀抑制剂，对钢铁和有色金属都有 一定的防护能力，具有缓冲作用，而且价格极其低廉，数十年以来广 泛应用于各个领域的腐蚀

2、防护。但是硅酸盐在使用过程中存在的主要 问题是经过一定时间的储存和使用后稳定性变差， 容易形成凝胶状沉 淀析出，这样不但使缓蚀性能下降，而且凝胶在使用过程中容易堵塞 发动机水道和附在散热器内表面，降低传热效果，使发动机过热。随着汽车发动机技术的飞速发展，对发动机冷却液的要求日益苛 刻，因而发动机冷却液的改型换代也正在加速进行。汽车工业近年来的发展趋势是发动机功率越来越大， 而为减小风阻系数，普遍采用流 线外型，所使用的发动机散热器的水箱体积越来越小，由此发动机热负荷不断增加。为了减轻车体重量，增加燃油经济性，不仅发动机冷 却系统大量使用铝合金，而且发动机其他部件也逐渐铝金属化。目前, 全铝发动

3、机早已投放市场，对铝及铝合金的腐蚀抑制保护也成为国内 外研究的重点。新制定的国标发动机冷却液已于2010年12月完成了送审稿 的审查，其中，按照发动机使用负荷大小将发动机冷却液分为两大类， 即：轻负荷发动机用冷却液、重负荷发动机用冷却液。其中轻负荷发 动机用冷却液又分为轻负荷发动机用乙二醇型冷却液、轻负荷发动机 用丙二醇型冷却液、轻负荷发动机用其他类型冷却液；重负荷发动机 用冷却液又分为重负荷发动机用乙二醇型冷却液、重负荷发动机用丙 二醇型冷却液。在国标技术要求中，玻璃器皿腐蚀、模拟使用腐蚀、 铸铝合金传热腐蚀、铝泵气穴腐蚀四项检验项目均涉及到对铝合金的 防护，其中铸铝合金传热腐蚀和铝泵气穴腐

4、蚀都是专门针对铝合金防 护的台架试验，可见铝合金的防护是国标发动机冷却液强调的重 要性能。硅酸盐作为铝和铝合金的特效腐蚀抑制剂在国内外主要发动机 冷却液产品中被广泛使用，目前硅酸盐型发动机冷却标准、 质量技术监 督STANDARDQUALITYANDTECHNICALSUPERVISHON 准STANDAIRD36 交通标准化2011年第5/6期总第240/241期 TRANSPORT,ISSUE5/6液产品在中国品牌发动机冷却液市场占有 70% 以上的份额，随着国标发动机冷却液即将发布实施，硅酸盐型发 动机冷却液由于具有较高的性价比， 其市场占有率还会上升，但如果 不采取任何措施，在发动机冷

5、却液中硅酸盐稳定性试验时间就不会超 过2小时，硅酸盐的不稳定将造成发动机冷却液的性能大幅度下降， 不能满足国标发动机冷却液对铝合金防护的要求，在我国硅酸盐 稳定性问题长期困扰着发动机冷却液的发展，因而其稳定性问题已成为急待解决的关键技术难题。二、硅胶形成的基本机理一般认为硅酸盐的析出通过以下步骤完成。1 . 硅酸盐自身聚合或反应生成颗粒 SiO2+2H2O=Si(OH)4Si(OH)4+M+=(OH)3SiO-+H2O+M+2粒生长颗粒 聚集在一起形成支链然后形成网状结构，最终析出凝胶。(OH)3SiO-+OHSi(OH)3=(OH)3SiOSi(OH)3+OH-M(OH)3SiO-+(OH)

6、3(SiOSi)n(OH) 3=聚合体+nOH-M(OH)3SiO-聚合体二聚合凝胶硅酸盐的凝胶聚合涉及 硅醇集团的聚合，具聚合颗粒的生长及聚合与冷却液的自身性质和最 初的SiO2、温度、pH值等因素有关。抑制硅酸盐的凝胶最有效的手段是使用硅酸盐稳定剂，这种稳定 剂可以通过吸引到硅酸盐胶体颗粒表面， 利用静电作用和空间位阻作 用来防止硅酸盐胶体颗粒的有效碰撞， 遏制出现不可逆的非溶解性的 硅酸盐凝胶聚合体，通过将硅酸盐胶体颗粒控制在某一尺寸以下， 保 持硅酸盐胶体颗粒的可溶性，从而有效地对硅酸盐凝胶析出进行遏 制。通过对国内外各种硅酸盐稳定剂进行应用研究发现， 大部分稳定 剂并不能在所有条件下

7、对冷却液中的硅酸盐起稳定作用。 目前国内使 用的硅酸盐稳定剂主要存在以下问题：a）硅酸盐冷却液pH值小于9 时稳定性能下降；b ）不同配方类型的硅酸盐冷却液稳定性能差异较大；c ）铸铝传热腐蚀试验由于硅酸盐的凝胶析出而无法通过。如何研制一种广谱的在所有条件下对不同配方类型的硅酸盐冷却液中的硅酸盐起稳定作用的硅酸盐稳定剂已成为当务之急。三、硅酸盐稳定剂的合成与应用试验1.硅酸盐稳定剂的合成硅酸盐稳定剂的合成主要是对合成工艺路线和合成原料的筛选和控制， 通过对国内化工原料的来源实际情况的考察， 选择质量优良、来源稳 定的原料，通过对合成工艺条件的优选合成出具有产率高达90%勺硅酸盐稳定剂目标化合物

8、，具分子结构和产率通过红外光谱仪和核磁共 振仪进行监控和表征，并通过大量的生产批次应用试验证明了该稳定 剂具有极高的稳定活性和质量的稳定性。2 .硅酸盐稳定剂的应用试验国内常用的两种硅酸盐稳定剂分别是国产和进口的， 硅酸盐稳定 剂的应用试验选取这两种稳定剂作为对比样品，分别在三种硅酸盐型发动机冷却液中进行对比。1 ）硅酸盐稳定剂稳定试验条件的选取硅酸盐稳定剂稳定试验条件采取三种条件测试：a）试验温度65 C,试9时间30d （美国DOW 化学（化学论文）公司规定的稳定试验方法）；b ）试验温度89C,试验时间30d （德国MTU司规定的稳定试 验方法）；c ）铸铝传热腐蚀试验，试验温度 135

9、C,试验时间7d （德国大众TL-VW774布准规定的稳定试验方法），铸铝失重小于1mg/cm22 ）硅酸盐型发动机冷却液的选取选取以下三种具有代表性的硅 酸盐型发动机冷却液进行测试：a）硅酸盐磷酸盐重负荷配方，该型 配方主要用于康明斯和卡特重负荷柴油机中，在北美和中国广泛应 用；b ）硅酸盐硼酸盐竣酸盐配方，中国以及欧洲市场广泛应用；c ）硅酸盐磷酸盐配方，中国市场局部应用。3 ）硅酸盐稳定剂稳定试验结果硅酸盐稳定剂稳定试验结果如表 1表3所示。表1硅酸盐稳定剂在硅酸盐磷酸盐重负荷配方中的考察佰洋伊 硅酸盐稳定剂国产硅酸盐稳定剂进口硅酸盐稳定剂五水硅酸钠用量（%）硅酸盐稳定剂用量（%）外观变

10、化（65 C , 30d）pH值89无沉淀pH 值911无沉淀pH值89无沉淀pH值911无沉淀pH值89无沉淀 pH值911无沉淀外观变化（89 C , 30d）pH值89无沉淀pH值911 无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911无沉淀pH值89无沉淀pH值911无沉淀从表1、表2和表3可以发现以下几个规律：a）国产硅 酸盐稳定剂在高pH值条件下具有很好的稳定效果，低pH值条件下与 硅酸盐发动机冷却液配方类别有关；b ）进口硅酸盐稳定剂在低温下无论是高 pH值还是低pH值稳定 效果都很好，但是在铸铝传热试验中稳定效果很差， 将直接导致铸铝 传热试验不合格；c ）佰洋伊硅酸盐稳定剂具有较好的高低

11、温以及高低 pH值的稳定 效果，对各种类型的硅酸盐发动机冷却液具有较好的适应性， 且加剂 量为国产硅酸盐稳定剂的1/4,与进口硅酸盐稳定剂相当。四、结语佰洋伊硅酸盐稳定剂可以用于各种类型的硅酸盐发动机冷却液中，加剂量相当于硅酸盐用量的25%具有较好的高低温以及高低 pH 值的稳定性能，能够满足发动机冷却液在各种条件下的储存和使用要 求。强制性国标发动机冷却液即将发布实施，发动机冷却液市场 的准入门槛大幅度提高，表2硅酸盐稳定剂在硅酸盐硼酸盐竣酸盐配 方中的考察佰洋伊硅酸盐稳定剂国产硅酸盐稳定剂进口硅酸盐稳定剂五水硅酸钠用量（）硅酸盐稳定剂用量（）外观变化（65 C, 30d）pH 值89无沉淀

12、pH值911无沉淀pH值89无沉淀pH值911无沉淀 pH值89无沉淀pH值911无沉淀外观变化（89 C , 30d）pH值89无 沉淀pH值911无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911无沉淀pH值 89无沉淀pH值911无沉淀铸铝传热腐蚀（135 C, 7d）外观变化pH 值89无沉淀pH值911无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911无沉 淀pH值89絮状沉淀pH值911絮状沉淀失重（mg/cm2）pH值89值 911值89值911值89值911表3硅酸盐稳定剂在硅酸盐磷酸 盐配方中的考察佰洋伊硅酸盐稳定剂国产硅酸盐稳定剂进口硅酸盐 稳定剂五水硅酸钠用量（）硅酸盐稳定剂用量（）外观变化（65

13、C, 30d）pH值89无沉淀pH值911无沉淀pH值89无沉淀pH值911 无沉淀pH值89无沉淀pH值911无沉淀外观变化（89 C, 30d）pH 值89无沉淀pH值911无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911无沉 淀pH值89无沉淀pH值911无沉淀铸铝传热腐蚀（135 C , 7d）外观 变化pH值89无沉淀pH值911无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911 无沉淀pH值89絮状沉淀pH值911絮状沉淀失重（mg/cm2）pH值89 值911值89值911值89值911佰洋伊硅酸盐稳定剂国产硅酸 盐稳定剂进口硅酸盐稳定剂铸铝传热腐蚀（135 C , 7d）外观变化pH值 89无沉淀pH值911无沉淀pH值89絮状沉淀pH